JP2006334706A - 研磨パッドおよび該研磨パッドを用いた研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の研磨パッド厚さと溝深さの関係では研磨スラリーが溝内に残留し易いために研磨レートが低下したり、研磨対象物にスクラッチがつけられてしまう。本発明では研磨レートの向上に寄与できる研磨パッドを提供する。
【解決手段】単層型の研磨パッド１０ではその溝１２の溝深さ（Ｄ）を当該研磨パッド１０の厚みに対して３０％以下に規定し、積層型の研磨パッドでは、研磨層の溝の溝深さ（Ｄ）を当該研磨層２４の厚みに対して３０％以下に規定すること。
【選択図】図１

Description

本発明の研磨パッドは、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）に用いるものであり、レンズ、反射ミラー等の光学材料やシリコンウエハ、ハードディスク用のガラス基板、アルミ基板、及び一般的な金属研磨加工等の高度の表面平坦性を要求される材料の平坦化加工を安定、かつ高い研磨効率で行うことが可能である。本発明の研磨方法は、前記材料を研磨パッドを用いて研磨する方法である。

研磨対象物として例えば半導体集積回路の製造に使用されるシリコンウエハは、単結晶シリコンの円盤であり、ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体集積回路の製造工程において、回路形成に使用する各種薄膜の信頼できる半導体接合を形成するために、各工程において、表面を高精度に平坦に研磨することが要求される。

シリコンウエハの製造工程を概略説明すると、この製造工程には、シリコン単結晶インゴットを薄円板状に切断するスライス工程と、スライス工程で得られたシリコンウエハの割れや欠けを防止するためのシリコンウエハの周縁部を面取り加工する面取工程と、面取加工されたシリコンウエハの平坦化を行うラッピング処理を施すとラッピング工程と、ラッピング処理されたシリコンウエハにエッチング処理を施してシリコンウエハの加工歪を除去するエッチング工程と、エッチング処理されたシリコンウエハの表面を鏡面化する研磨工程とがある。

この研磨工程において用いられる研磨パッドは、研磨機の下定盤に固着され、シリコンウエハは研磨機の上定盤に固着されて、研磨パッドとシリコンウエハは相対回転され、それらの接触面間に砥粒を含む研磨スラリーが連続供給されて、研磨操作が実行される（特許文献１）。

以上の半導体製造工程では研磨レートを向上させて半導体製造時間を短縮することが要求されており、この研磨レートの短縮においては特に前記研磨工程での研磨パッドの性能の改善が特に重要となっている。研磨パッドではその研磨面に溝が加工形成されて研磨スラリーの流動性の向上が図られている。この溝の溝深さは、研磨パッドの厚みに対して固定されており、例えば研磨パッド厚さ１．２７ｍｍに対して溝深さは０．６ｍｍ、研磨パッド厚さ２．００ｍｍに対して溝深さ０．８ｍｍである。このような研磨パッド厚さと溝深さとの関係は、研磨パッド厚さ１００％に対して溝深さは４０〜４７％であり、この溝深さ範囲で所望の研磨性能を得るようにしていた。しかしながら、このような研磨パッド厚さと溝深さの関係では研磨スラリーが溝内に残留しやすいために研磨レートが低下したり、研磨対象物にスクラッチが付けられてしまうという課題があった。
特開２００１−４４１５３

以上のことから、本発明は、研磨レートの向上を主目的として、溝深さを規定したものであり、これによって研磨レートを向上させることができる研磨パッドおよび該研磨パッドを用いた研磨方法を提供することを目的とする。

本発明第１による研磨パッドは、研磨面に溝が形成されている単層型の研磨パッドにおいて、前記溝が、研磨レート向上を主目的として当該研磨パッドの厚みに対して３０％以下の溝深さに形成されていることを特徴とするものである。

この溝深さは、好ましくは、研磨パッド厚さに対して２５％以下、より好ましくは２０％以下、さらに好ましくは１５％以下、さらに好ましくは研磨パッド厚さに対して１０％以下である。この溝深さは、好ましくは、５％以上である。

本発明第２による研磨パッドは、研磨層を含む複数の積層からなる積層型の研磨パッドにおいて、前記研磨層の研磨面に溝が形成されているとともに、その溝が、研磨レート向上を主目的として研磨層の厚みに対して３０％以下の溝深さに形成されていることを特徴とするものである。

この溝深さは、好ましくは、研磨層厚さに対して２５％以下、より好ましくは２０％以下、さらに好ましくは１５％以下、さらに好ましくは研磨層厚さに対して１０％以下である。この溝深さは、好ましくは、５％以上である。

本発明の研磨パッド厚み１００％に対して３０％以下の溝深さにした第１および第２の研磨パッドによれば、従来の研磨パッド厚さ１００％に対して溝深さ４０〜４７％の研磨パッドと比較して、１．２倍以上研磨レートが向上する。研磨パッド厚さに対して溝深さをさらに浅くしていくと、研磨レートがさらに向上する。

本発明によると、研磨レートを大きく向上することに寄与できる研磨パッドを提供することができる。

以下、添付した図面を参照して本発明の実施の形態に係る研磨パッドを詳細に説明する。

図１を参照して実施の形態１の研磨パッド１０は、単層型であり、ポリウレタン樹脂を発泡硬化させたウレタン重合体樹脂パッドである。このウレタン重合体樹脂パッドとしては、ポリエーテル系ウレタン樹脂、ポリエステル系ウレタン樹脂、ポリエステルエーテル系ウレタン樹脂、ポリカーボネート系ウレタン樹脂のいずれも使用することができる。各ウレタン樹脂の製造に使用されるポリオール成分としては、例えば、ポリオキシエチレングリコール、ポリオキシプロピレングリコール、ポリオキシテトラメチレングリコール、ポリエチレンアジペート、ポリプロピレンアジペート、ポリオキシテトラメチレンアジペート等が挙げられる。また、イソシアネート成分としては、例えば、４−４’−ジフェニルメタンジイソシアネート、２，４−トリレンジイソシアネート等が挙げられる。

研磨パッド１０としては中空微小体による気孔成分を含むこともできる。この中空微小体としては、高分子材料から全体的に球状とした所要の厚さを持つシェル構造とすることができる。あるいは、気泡を巻き込ませた気泡導入タイプとすることもできる。

研磨パッド１０の研磨面には、研磨スラリーの流動性等のための溝１２が形成されている。溝１２の溝幅や溝１２と溝１２との間隔には限定されない。

溝１２は、研磨レート向上を主目的として当該研磨パッドの厚み（Ｔ）に対して５％以上、３０％以下の溝深さ（Ｄ）に形成されている。図２（ａ）で示す従来の研磨パッドと図２（ｂ）で示す実施の形態１の研磨パッドとを比較すると、従来の単層研磨パッドでは溝がその全厚み（Ｔ）に対して４０〜４７％の溝深さ（Ｄ）を有するために、溝が仮想線で示すように溝幅が広がったり、狭くなったりして容易に変形しやすいために研磨スラリーの流動性が阻害されて研磨レートが低下するという課題がある。

これに対して、実施の形態１の単層研磨パッドでは、溝１２の溝深さ（Ｄ）が研磨パッド厚み（Ｔ）に対して３０％以下であるために溝１２が研磨中における研磨圧力を受けても容易に変形しにくく、研磨スラリーの流動性が阻害されずに済み、結果として、研磨レートが大きく向上するものである。実施の形態１の研磨パッドの溝形状としては図３（ａ）ないし図３（ｄ）で示すように、格子状、同心円状、放射線状または螺旋状またはこれらを組み合わせた形状に形成することができる。

図４を参照して実施の形態２の研磨パッド２０を説明すると、この研磨パッド２０は、積層型であり、基層２２の上面に研磨層２４を積層し、この研磨層２４の表面である研磨面に溝２６が形成されている。基層２２は、ポリウレタンを含浸させた不織布等から構成されている。研磨層２４はポリウレタンを主材料とするものであり、発泡により内部に気泡が存在している。実施の形態２の研磨パッド２０の溝２６の形状も、実施の形態１の研磨パッド１０の溝１２の形状と同様に、格子状、同心円状、放射線状または螺旋状またはこれらを組み合わせた形状に形成することができる。

基層２２は、ウレタン重合体と、ジメチルホルムアミドとを含有する組成物を用い、発泡体組成物を湿式凝固法により形成することができる。あるいは、基層２２は、ウレタン重合体と、塩化ビニル重合体、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル−酢酸ビニル−ビニルアルコール三元共重合体等のビニル重合体と、ジメチルホルムアミドとを含有する組成物を用いることにより発泡体組成物を湿式凝固法により形成することができる。この発泡体の表面部、特にその表面に形成されたスキン層はバフ加工されて表面に発泡構造が表れる構造にすることが好ましい。

研磨層２４は、実施の形態１の研磨パッド１０と同様の材料であるウレタン重合体樹脂パッドである（実施の形態１を参照）。ウレタン重合体樹脂パッドの詳しい説明は実施の形態１で説明したので、ここではその説明を省略する。

実施の形態２の研磨パッド２０では、研磨層２４の表面に、研磨スラリーの流動性を図るための溝２６を形成すると共に、この溝２６は、研磨レート向上を主目的として研磨パッド厚み（Ｔ）に対して５％以上、３０％以下の溝深さ（Ｄ）に形成されている。

以上説明した実施の形態１，２の研磨パッド１０，２０においては、研磨パッド厚み（Ｔ）と溝深さ（Ｄ）とが上記関係を有することにより、研磨パッドを下定盤に固着し、この下定盤を回転させることにより研磨パッドの表面に研磨スラリーを供給して研磨対象物の研磨を行った場合、研磨スラリーが溝内に残留しにくくなり研磨スラリーの流動性の向上により研磨対象物に対する研磨レートが大幅に向上することができるようになった。

以下において具体的な研磨の実施例を説明する。この研磨には、実施の形態２の積層タイプの研磨パッド２０を用いた。

（１）使用研磨装置：ＩＰＥＣ社製ＡＶＡＮＴＩ４７２
（２）研磨対象物：
（ａ）タングステン膜付きウエハ
（ｂ）シリコン酸化膜付きウエハ
（３）ウエハ膜厚測定機：
（ａ）ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｌ社製ＲＳ−３５Ｃ（金属膜用）
（ｂ）Ｎａｎｏ− Ｍｅｔｒｉｃｓ社製Ｎａｎｏ Ｓｐｅｃ（酸化膜用）
（４）研磨スラリー：
（ａ）金属膜用研磨スラリー：（Ｃａｂｏｔ社製 ＳＳ−Ｗ２０００）
（ｂ）酸化膜用研磨スラリー：（ニッタ・ハース社製 ＩＬＤ３２２５ ）
実施の形態では金属膜としてはタングステン膜、酸化膜はシリコン酸化膜とした。

研磨パッド厚み（Ｔ）は１．２７ｍｍとし、溝形状は格子状とした。

図５にタングステン膜に対する研磨レートの測定結果を示す。図５において横軸は、溝深さ（Ｄ）と研磨パッド厚み（Ｔ）との比率（％）であり、縦軸はタングステン膜に対する研磨レート（ｎｍ／ｍｉｎ）である。

図５から明らかであるように、研磨パッド厚み（Ｔ）に対して溝深さ（Ｄ）が３０％以下で、研磨レートが向上した。研磨パッド厚み（Ｔ）に対して溝深さ（Ｄ）が５％以下で、研磨レートが低下した。その結果、タングステン膜に対しては研磨パッド厚み（Ｔ）に対する溝深さ（Ｄ）は５％以上、３０％以下で研磨レートが向上することが判った。

図６にシリコン酸化膜に対する研磨レートの測定結果を示す。図６において横軸は、溝深さ（Ｄ）と研磨パッド厚み（Ｔ）との比率（％）であり、縦軸はシリコン酸化膜に対する研磨レート（ｎｍ／ｍｉｎ）である。

図６から明らかなように、研磨パッド厚み（Ｔ）に対して溝深さ（Ｄ）が７．９％の研磨レートに比して、研磨パッド厚み(Ｔ)に対する溝深さ(Ｄ)が３０％以上の研磨パッドの研磨レートが明らかに低いことが判る。この結果からシリコン酸化膜の研磨においても、研磨パッド厚み(Ｔ)に対する溝深さ(Ｄ)が５％以上３０％以下で研磨レートが向上することが明らかである。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内で、種々な変更ないしは変形を含むものである。

実施の形態１に係る単層型研磨パッドの模式的断面図である。 溝深さに対する研磨パッドの変形容易性の説明に供する断面図であり、（ａ）は従来の研磨パッドの断面図、（ｂ）は実施の形態１の研磨パッドの断面図である。 実施の形態１の研磨パッドの溝の形状例を示す図である。 実施の形態２に係る積層型研磨パッドの模式的断面図である。 タングステン膜の研磨に用いる研磨パッドにおいて溝深さと研磨パッド厚み比に対する研磨レートを示す図である。 シリコン酸化膜の研磨に用いる研磨パッドにおいて溝深さと研磨パッド厚み比に対する研磨レートを示す図である。

符号の説明

１０ 単層型の研磨パッド
１２ 溝
２０ 積層型の研磨パッド
２２ 基層
２４ 研磨層
２６ 溝

Claims (4)

1. 研磨面に溝が形成されている単層型の研磨パッドにおいて、前記溝が、当該研磨パッドの厚みに対して３０％以下の溝深さに形成されている、ことを特徴とする研磨パッド。
2. 研磨層を含む複数の積層からなる積層型の研磨パッドにおいて、前記研磨層の研磨面に溝が形成されているとともに、その溝が、前記研磨層の厚みに対して３０％以下の溝深さに形成されている、ことを特徴とする研磨パッド。
3. 前記溝が格子状、同心円状、放射線状または螺旋状またはこれらを組み合わせた形状に形成されている、ことを特徴とする請求項１または２に記載の研磨パッド。
4. 請求項１ないし３のうちのいずれか１項に記載の研磨パッドを下定盤に固着し、この下定盤を回転させることにより前記研磨パッドの表面に研磨スラリーを供給して研磨対象物の研磨を行う、ことを特徴とする研磨方法。

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